Technologie radio LoRa

Le LoRa (Long Range) est une technologie radio pour de petites quantités de données sur de grandes distances. Elle consomme très peu d'énergie, fonctionne sans abonnement mobile et, dans la plage de fréquences libre, ne nécessite aucune licence radio. C'est précisément ce qui la rend idéale pour des mesures : un nœud envoie un court paquet de données, se rendort et tient longtemps avec une batterie.

Le HC-50 utilise le LoRa pour la liaison entre les nœuds et la passerelle. La passerelle transmet ensuite les valeurs par WiFi, voir Série HC-50.

Le HC-50 en un coup d'œil

Portée

La portée d'un signal peut être estimée à l'avance. Les illustrations ci-dessus montrent une simulation réalisée avec le service en ligne Radio Mobile Online du radioamateur Roger Coudé. Elle part d'une puissance d'émission de 10 mW (10 dBm) et ne tient compte que grossièrement des pertes et gains dus aux antennes et aux câbles.

Une simulation reste un calcul. En pratique, la portée dépend fortement du terrain et des constructions, s'y ajoutent les perturbations d'autres émetteurs sur des fréquences voisines et la météo. Avec un placement judicieux des passerelles, une couverture étendue et économique est néanmoins bien réalisable.

Ce qui améliore la portée

• Vue dégagée : Moins il y a de bâtiments, de collines et de forêt entre le nœud et la passerelle, mieux c'est. Une position surélevée sur un mât ou sur le toit aide le plus.
• Distance par rapport au métal : De grandes surfaces métalliques et du béton armé à proximité immédiate affaiblissent le signal.
• Antenne adaptée : Voir la section suivante.
• Câble d'antenne court : Chaque mètre de câble coûte du signal.

Des conseils pour le choix de l'emplacement figurent sous Montage de la passerelle et dans la section « Emplacement et fixation » du guide du nœud.

Antennes

La passerelle et les nœuds ont une antenne interne et sont ainsi protégés de tous côtés. Pour la plupart des usages, elle suffit. Une antenne externe vaut la peine si l'emplacement est difficile, p. ex. avec beaucoup de métal dans l'environnement, ou si la portée doit être nettement augmentée. Contactez-nous à ce sujet.

Il existe les antennes les plus diverses sur le marché. Les cartes LoRa bon marché sont généralement livrées avec une petite antenne, comme sur l'image. Dans de bonnes conditions, elle atteint déjà 2 à 3 km.

Pour une station de base, une antenne à rayonnement omnidirectionnel et au gain aussi élevé que possible convient. Un long câble d'antenne entraîne en revanche des pertes. Il s'agit donc de trouver un compromis adapté à l'usage quotidien. Selon la situation de montage et la couverture souhaitée, on peut expérimenter différentes antennes.

Exemple : antenne DeLock 433 MHz avec 3 dBi de gain

Paramètres radio

La fréquence, le facteur d'étalement et la bande passante déterminent la portée et la vitesse de l'émission. Sur le HC-50, ils sont fixes, vous n'avez rien à configurer. Ces connaissances de fond aident toutefois à comprendre le comportement du système.

Fréquence

Dans l'UE, les bandes 433 MHz et 868 MHz sont autorisées pour le LoRa. Le HC-50 utilise le 433 MHz. À puissance d'émission égale, les fréquences plus basses se propagent mieux et traversent mieux les obstacles que les fréquences plus élevées.

Tous les appareils HC-50 d'une installation utilisent le même canal radio. Si plusieurs passerelles sont à portée mutuelle, demandez conseil au préalable, voir Fonctions du firmware.

Facteur d'étalement

Le facteur d'étalement (Spreading Factor, SF) détermine combien de symboles sont utilisés pour coder les données utiles. Il est défini pour le LoRa de SF6 à SF12. À SF7, il y a 128 symboles, à SF11 déjà 2048 pour les mêmes données. Un paquet de 64 octets dure environ 120 ms à SF7, bien plus d'une seconde à SF11.

Le HC-50 fonctionne avec SF9. Un paquet de données dure ainsi environ 0,2 seconde. C'est assez long pour une bonne portée et assez court pour ménager la batterie et respecter la limitation prescrite du temps d'émission.

Bande passante

La bande passante de la modulation LoRa est réglable ; sont définies entre autres 31,25 kHz, 62,5 kHz, 125 kHz, 250 kHz et 500 kHz. Une bande passante plus petite nécessite nettement plus de temps pour un message. Les bandes passantes inférieures à 125 kHz ne fonctionnent qu'avec du matériel spécial (notamment avec un quartz compensé en température, TCXO). À partir de 125 kHz, tous les chipsets LoRa courants fonctionnent de façon stable. Le HC-50 utilise donc 125 kHz.

Qualité du signal : RSSI et SNR

Deux valeurs décrivent la qualité d'une liaison radio. La passerelle les relève pour chaque paquet reçu et les fournit comme mesures.

• RSSI (Received Signal Strength Indicator) est la puissance du signal reçu en dBm. La valeur est toujours négative : plus elle est proche de 0, plus le signal est fort.
• SNR (Signal-to-Noise Ratio) est l'écart entre le signal et le bruit de fond en dB. S'il est positif, le signal est au-dessus du bruit. S'il est négatif, il est noyé dans le bruit.

La particularité du LoRa : la technologie radio peut encore lire des signaux sous le niveau de bruit. Plus le facteur d'étalement est grand, plus c'est loin en dessous. Ce qui compte n'est donc pas seulement la force du signal, mais la marge qui reste par rapport à la limite de sensibilité (marge de liaison).

À gauche, le signal (RSSI, vert) est nettement au-dessus du bruit de fond (bleu), l'écart entre les deux est la marge de manœuvre. À droite, il est en dessous et reste pourtant lisible, tant qu'il demeure au-dessus de la limite de sensibilité du facteur d'étalement.

Valeurs de référence pour cette limite à 125 kHz de bande passante :